周向裂纹圆棒试样的断裂韧性测试方法研究

摘要

采用自研制的对中夹头,成功实现了16Mn圆棒试样不同直径和不同裂纹深度下的断裂韧性测试。基于有限元分析得到了考虑弹性模量、试样直径、测试标距及裂纹深度等的统一柔度公式,并用拉-拉疲劳的方法精确预制出了环形裂纹。采用双引伸计测轴向位移、等面积法计算最终裂纹长度,解决了裂纹扩展偏心所带来的影响。通过有限元模拟计算证明载荷分离理论应用于周向裂纹圆棒试样的断裂韧性测试完全成立,并提出了几何函数G(a/R)的具体表达式,采用规则化方法处理数据得到各试样J积分与裂纹扩展量Δa的变化曲线。同时用标准三点弯试样完成了16Mn材料的断裂韧性测试,结果发现,用周向裂纹圆棒试样测得结果与标准试样试验结果接近,分散性小且具有较大的优越性。